電氣工程與自動化畢業(yè)論文基于multisim10.0的電子電路虛擬仿真

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設 計</p><p>　　基于Multisim10.0的電子電路虛擬仿真</p><p>　　——手機充電器設計仿真</p><p>　　所在學院 </p><p>　　專業(yè)班級 電氣工程與自動化 </p>&l

2、t;p>　　學生姓名 學號 </p><p>　　指導教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文是

3、通過電子電路虛擬仿真軟件Multisim10.0對手機充電器的的設計與研究。了解現有手機充電器的現狀和市場需求，熟悉Multisim10.0的電子電路虛擬仿真在電子系統的電路設計方法，對市場上常見手機充電器的電路組成有一個總體的認識，分析了其實現核心功能的原理。不僅給電路設計帶來基本的電路框架，這同時也為制作與完善一個手機充電器提供了實際有效的設計方法。</p><p>　　課題中的手機充電器設計用Multisi

4、m10.0的電子電路虛擬仿真軟件作為手段，其中含有常見元件庫和萬用表等常見的儀器儀表元件庫，同時使用LM324芯片構成集成運算放大器電路，實現設計電路的信號輸出，明確的顯示了充電器充電的進程。本次設計的手機充電器具有鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池充電轉換開關，可以實現放電、過充、過流保護功能，帶有充電和充電完成的指示燈。目前，這是市場上最實用的手機充電器設備。</p><p>　　采用一塊集成運算芯片構成性能良好的運算放

5、大電路，給充電系統電路提供精確的運行環(huán)境，確保被充電電池可以達到最大充飽和與充分放電機制的狀態(tài)。根據已有的充電器電路組成圖，現在通過軟件虛擬仿真進行實驗測量和改進。這樣只要一個裝有Multisim10.0軟件的電腦，同時要學會使用軟件，就可以進行電路設計和仿真。</p><p>　　關鍵詞：Multisim10.0；濾波電路；虛擬仿真；手機充電器</p><p><b>　　Ab

6、stract</b></p><p>　　The paper is through the electronic circuit virtual simulation software for mobile phone chargers Multisim10.0 of the design and research. Understand the present situation of the ex

7、isting mobile phone chargers and the market demand, Multisim10.0 familiar with the electronic circuit simulation in the electronic system of virtual circuit design method, the market of mobile phone chargers common circu

8、it make up a whole knowledge, analyzes the implementation of the principle of the core functions. N</p><p>　　Topics by Multisim10.0 mobile phone chargers in the design of electronic circuit virtual simulatio

9、n software as the method, which contains common element database and multi-meters common instruments element database used at the same time, LM324 chip integrated operational amplifier circuit, a realization circuit desi

10、gn signal output, clear shows the charging process. The charger The design of mobile phone chargers with nickel cadmium, nickel metal hydride rechargeable lithium ion batteries, conv</p><p>　　Using a piece o

11、f integrated operational chip constitute the good performance of operational amplifier circuit, charging system to provide accurate operation circuit environment, ensure rechargeable batteries can achieve maximum filling

12、 with full discharge mechanism of the saturated state. On the basis of the existing charger circuit diagram, now through the software of the virtual simulation experiment measuring and improve. So as long as a Multisim10

13、.0 software with the computer, and at the sam</p><p>　　Keywords: Multisim10.0;filter circuit;Virtual Simulation;mobile phone charger </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>

14、　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1國內手機充電器市場情況1</p><p>　　1.2市場上手機電池的現狀1</p><p>　　1.3目前不同類別電池對手機充電方式的要求2</p><p>　　1.4手機充電器的軟件仿真3</p><p>　　第2章 Multisim10.0

15、軟件的電子電路虛擬仿真4</p><p>　　2.1軟件的簡介4</p><p>　　2.2 軟件常用儀器儀表4</p><p>　　2.3軟件仿真實例7</p><p>　　2.4軟件仿真常遇到的問題及解決辦法11</p><p>　　第3章 手機充電器的常用元件12</p><p&g

16、t;　　3.1 LM324芯片12</p><p>　　3.2基本元件12</p><p>　　第4章 手機充電器的設計16</p><p>　　4.1手機充電器的設計要求16</p><p>　　4.2手機充電器工作流程16</p><p>　　4.3電路設計思路及流程17</p><

17、p>　　4.4變壓整流穩(wěn)壓電路和振蕩電路17</p><p>　　4.5充電器充電電路19</p><p>　　4.6過充過流保護電路19</p><p>　　4.7集成運算放大電路20</p><p>　　4.8手機充電器的仿真結果以及電路檢查20</p><p><b>　　結論22&l

18、t;/b></p><p><b>　　致謝23</b></p><p><b>　　參考文獻24</b></p><p>　　附錄 手機充電器的軟件仿真圖25</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1國

19、內手機充電器市場情況</p><p>　　市場上，目前手機充電器種類眾多，其中有很多質量不合格的產品。國家在前幾年產品質量檢查中，充電器不合格的生產廠家占到40%左右。在電源端子騷擾電壓、與交流電網電源的連接、輻射騷擾場強和充電電壓不穩(wěn)定等幾個主要方面，問題出現嚴重。同時，一些產品的質量問題存在于低溫性能、額定容量、放電性能、安全保護性能等方面。以上問題會涉及到手機的正常使用功能，還會縮短手機的使用壽命，嚴重時還

20、可能傷害消費者的身體或是財產安全[1]。</p><p>　　現在市場上存在一些假冒偽劣手機電池便攜式充電器。由于其價格非常低，攜帶方便，有許多手機用戶更愿意使用這種手機充電器。實際上，劣質充電器就是一個缺乏安全保證的變壓器，由于內部缺少安全保護子電路，所以其重量較原裝充電器輕很多?，F代市場上，手機電池多采用鋰離子電池或鎳氫電池作電芯，對充電器的電壓、電流特性及安全保護[2]有很高的要求。然而這些假冒偽劣充電器由

21、于成本低廉，采用材料劣質，設計簡單，加工手段粗糙，充電時對手機電池的性能和壽命損害很大。沒有保護電路，充電時電流不穩(wěn)定，所以可能會燒壞電池甚至引起爆炸。</p><p>　　隨著市場上不同種類手機的增多，相應充電器隨不同機型紛至沓來，電源端口的大小也不相同，從而使手機和手機充電器一一對應，外出時要經常攜帶充電器，給消費者帶來了不便。標準型充電器，是指統一端口下能夠適用于所有新標準手機底端插孔的充電器。同時，生產的

22、手機的電源電池將統一為適用于標準充電器的規(guī)格。由此可見，充電器在從坐式開始向便攜式、標準化、通用化的等方向迅速發(fā)展。</p><p>　　現在市場上的大部分充電器，是針對鋰電池或鎳氫電池其中一種電池充電的，但是隨著市場的發(fā)展，能夠自動識別兩種電池的充電器正在逐步占據市場，由于其能夠進行相應的充電操作的轉換。這種充電器不僅可以自動分辨鋰電池或鎳氫電池，能夠“防止將鋰電池放電的錯誤動作”。座充大多采用快速充電，一般在

23、3～4個小時即已充滿。當座充顯示充電完畢時，即使不將電池從座充取下，也只剩下極微弱的電量進入電池。市面上有些座充偷工減料，把手機電池一律識別成鎳氫電池，而以“定電流”方式充電，往往容易導致鋰電池過度充電。品質佳的保護電路板此時會將鋰電池保護，以防止充電器繼續(xù)充電。若遇到設計不良的電路板，不僅無法保護電池，造成電池過度充電，還可能因過度充電導致電池芯變形、漏液、爆炸等等。</p><p>　　與以前的充電器相比，充

24、電器產品生產將會在多種新功能完善，并且最大限度地降低本身的待機耗電量。手機充電器的待機耗電量的降低逐步成為充電器的設計過程中的一個重要環(huán)節(jié)。為了達到這一消費需求，設計一個判斷AC適配器是否連接負荷(手機)的IC，當未連接負荷時，將AC適配器的2級電路 (直流輸出端)切換到高阻抗電路上。采取此措施以后，可以大幅減少待機時2級電路的消耗電流(可以達到數十微安)。另外，還可以在1級電路 (輸入交流10OV端口)中設置切換電路。在未連接負荷時，

25、用開關切換電路來減少供應給2級電路(直流輸出方)的功率，從而減少耗電量。</p><p>　　1.2市場上手機電池的現狀</p><p>　　在現今手機電池市場上，主流手機電池有鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池。鎳氫電池是二十世紀九十年代發(fā)展起來的一種新型綠色電池，具有高能量、長壽命、無污染等特點，因而成為世界各國競相發(fā)展的高科技產品之一。鎳氫電池具有較高的自放電效應，約為每個月30%或更多。這要比

26、鎳鎘電池每月20%的自放電速率高。電池充得越滿，自放電速率就越高；當電量下降到一定程度時，自放電速率又會稍微下降。電池存放處的溫度對自放電速率有十分大的影響。正因如此，長時間不用的鎳氫電池最好是充到40%的“半滿”狀態(tài)。</p><p>　　鎳氫電池中的“金屬”部分實際上是金屬氫化物[6]。電池充電時，氫氧化鉀（KOH）電解液中的氫離子（H+）會被釋放出來，由化合物將它吸收，避免形成氫氣（H2），以保持電池內部的

27、壓力和體積。當電池放電時，這些氫離子便會經由相反的過程而回到原來的地方。 　　</p><p>　　對于鎳氫電池的長期保養(yǎng)來說，使用低頻脈沖.大電流的的充電方式要比使用涓流充電方式更能保持好電池狀態(tài)。當快速充電時，可以透過充電器內的微電腦去避免電池過充的情況產生?，F今的鎳氫電池含有一種催化劑，可以及時的解除因為過充所造成的危險。 　　 </p><p>　　2H2 + O2 ..催化劑..

28、> 2H2O （1-1）</p><p>　　但是這個反應只有從過充開始的時間算起的 C ÷ 10 小時內有效（C = 電池標示的容量）。當充電程序開始后，電池的溫度會上升的很明顯，有些急速充電器（低于1小時）內含風扇來避免電池過熱?！?lt;/p><p>　　鋰電池是指以金屬鋰作為負極的電池體系，金屬鋰的比容量在現有的負極材料中最高，可達3

29、861mAh·g.1。與其他的電池體系相比，鋰離子電池具有較高的能量重量比和能量體積比，無記憶效應，可重復充電次數多，使用壽命較長等優(yōu)點，價格也越來越低。它的這些特點促進了便攜式產品向更小更輕的方向發(fā)展，使得選用單節(jié)鋰離子電池供電的產品也越來越多。鋰離子電池的不足之處在于對充電器的要求比較苛刻，對保護電路的要求較高。其要求的充電方式是恒流恒壓方式，為有效利用電池容量，需將鋰離子電池充電至最大電壓，但是過壓充電會造成電池損壞，這

30、就要求較高的控制精度(精度高于1%)[7]。</p><p>　　鋰電池充電器的基本要求是特定的充電電流和充電電壓，從而保證電池安全充電。鋰離子電池在充放電使用中注意保護。用一個形象的肥皂泡沫做比喻，鋰離子電池如同一堆肥皂泡沫，泡內存儲的就是電能。充電時，氣泡會隨著充電時間的加長而不斷增大，當超過其極限時氣泡就會破裂，此時即損壞了鋰電晶型，造成永久性損壞；若過度放電在，則會造成氣泡消失，這樣下去充電時汽泡也充不起

31、來，導致鋰電池失效。增加其它充電輔助功能是為了簡化充電器的操作，改善電池壽命，充電輔助功能主要包括給電池電壓檢測、過放電的電池使用涓流充電、輸入電流限制、充電完成后關斷充電器、電池部分放電后自動啟動充電等。</p><p>　　1.3目前不同類別電池對手機充電方式的要求</p><p>　　隨著手機種類的日益增多，各種充電器因機型不同，電源端口的大小也不相同，從而不能互換使用，給消費者帶來

32、了不便。因為如果所有手機都使用相同標準的充電器，那么用戶在更換手機后，就無需再購買新的充電器，從而節(jié)省了一筆開支，并且有利于環(huán)保。</p><p>　　歐洲有關采用通用充電器標準的努力始于2009年，其目的不僅是讓消費者生活變得更加輕松，同時也是為了減少浪費。繼 2009年6月全球14家主要的手機生產商同意使用這種通用充電器后，歐洲委員會已向各個充電器生產商發(fā)去了詳細的新的連接標準。</p><

33、;p>　　去年1月份，我國就已正式頒布“手機充電器通用標準”。該“標準”將手機與充電器的連接變成三段式結構。所謂“三段式結構”就是在手機側規(guī)定了圓柱型、MiniUSB和MicroUSB三種接口，實現了同一充電器可對不同品牌型號的手機進行充電。</p><p>　　現在市場上的大部分充電器，只是針對鋰電池或鎳氫電池充電的，但是隨著市場的發(fā)展，自動識別兩種電池而進行相應的充電進程的充電器正在逐步占據主流?？梢宰?/p>

34、動分辨鋰電池或鎳氫電池的座充能“防止將鋰電放電的錯誤動作”，如果在充鋰電池時不小心按到了座充上的“放電鈕”，好的座充可以辨識出來是鋰電池，因此不會做放電動作；差的座充則不管三七二十一地進行放電，這就會造成鋰電池壽命的折損。</p><p>　　質量好的手機充電器能夠識別鋰電池與鎳氫電池，進而決定充電模式。鋰電池的保護電路板上有一塊集成電路儲存著鋰電池的特性資料，它一方面讓座充能夠識別鋰電池，以決定“定電流”及“定

35、電壓”充電模式；另一方面也讓手機能識別鋰電池，以決定放電方式。</p><p>　　鎳氫電池的充電方式采用“定電流”。鎳氫電池本身不怕過充電，當鎳氫電池過充時會有反向反應，以防止電壓過度上升，此反應會使電池微微發(fā)熱。此外，鎳氫電池通常都加有一個熱敏電阻，以防止電池過度充電。目前，大部分手機的工作電壓是3.6V左右，故需三節(jié)鎳氫電池芯。而一般鎳氫電池芯過充至約1.4～1.5V左右即停止，三節(jié)電池最高電壓為4.4V左

36、右。 　　</p><p>　　由于鋰電池過充會發(fā)生危險，故對充放電的設定條件比鎳鎘電池和鎳氫電池都要苛刻。鋰電池內部通常附加一塊控制電路板以防止過充電。根據鋰電池的特性設計，第一段充電是以“定電流”方式充電，等到快充飽時再以“定電壓”(約4.1～4.2V之間)充電的方式使電池達到最佳狀態(tài)?！　?lt;/p><p>　　鎳氫電池的記憶效應并不大，不需常常放電，鋰電池則基本不需放電。市面上銷售的

37、充電器，其所附的放電裝置質量不一。質量差的會有過放電的現象，易造成電池內部負極板的腐蝕(鎳氫電池內部的電解質是氫氧化鉀堿性溶液)，進而減少電池的壽命及平時可使用的容量。在這種情況下，每次都先放電再充電的話，電池會壞得更快。正常情況下，只要把一節(jié)電池的電用到自動關機后再去充電，就是對電池最好的放電處理方法。</p><p>　　1.4手機充電器的軟件仿真</p><p>　　對于生產充電器的

38、廠家來說，功能完善、安全實用的充電器能在市場中占據主要地位，同時滿足他們的經濟目標。在當今通訊電子電路的設計領域，手機充電器電路的設計和仿真是一個十分重要的設計試驗探索環(huán)節(jié)。在手機充電器電路設計和仿真軟件中，Multisim10.0以其強大的仿真設計應用功能，在各高校電信類專業(yè)電子電路的仿真和設計中得到了較廣泛的應用。Multisim10.0及其相關庫包的應用對提高學生的仿真設計能力，更新設計理念有較大的好處。</p>&

39、lt;p>　　目前的情況而言，電子設計技術的核心就是EDA技術，EDA是以計算機為工作平臺，融合電子技術、計算機技術等方面最新成果而研制成的通用軟件。它主要能輔助集成電路設計和電子電路設計。EDA軟件的種類多種多樣，Multisim10.0[3] [4] [5]是EDA軟件其中之一，Multisim10.0的前身EWB是加拿大Interactive Image Technology 公司推出的用于電子電路仿真的虛擬電子工作平臺軟件

40、。與EDA相比較，Multisim10.0的功能更加強大。Multisim10.0最突出的特點是用戶界面友好，各類器件和集成芯片豐富，尤其是其直觀的虛擬儀表是Multisim10.0的一大特色。Multisim10.0包括的虛擬儀表有：函數發(fā)生器，邏輯分析儀，示波器，頻譜分析儀，波特圖圖示儀，網絡分析儀，失真度分析儀，萬用表等。通常電子電路設計實驗室是需要大量人力物力材料的，而仿真設計可以節(jié)省大量成本，同時也省去了多數儀表調試環(huán)節(jié)，為試

41、驗節(jié)約很多時間成本，這些優(yōu)勢是試驗設備無法比較的。</p><p>　　本次畢業(yè)設計主要是應用軟件Multisim10.0來仿真和設計手機充電器電路。</p><p>　　第2章 Multisim10.0軟件的電子電路虛擬仿真</p><p><b>　　2.1軟件的簡介</b></p><p>　　計算機和信息技術的發(fā)

42、展以及人們對電子系統設計的新需求，推動了電子線路設計方法和手段的不斷進步。傳統的設計手段已逐漸被EDA（Electronic Design Automation，電子設計自動化）所取代，它代表著現代電子系統設計的潮流。EDA技術是現代電子工業(yè)中不可缺少的一項技術，掌握EDA技術是廣大電子類高校學生就業(yè)的一個基本條件，也是工程技術人員的有力助手。EWB系列軟件是IIT公司開發(fā)的一款優(yōu)秀的EDA軟件，許多院校把ＥＷＢ當做電子類專業(yè)課程教學和

43、實驗的一種輔助手段。２１世紀初，IIT公司推出了EWB6.0版本，并取名為Multisim，也就是Multisim2001版本。2005年以后，加拿大IIT公司已經隸屬于美國國家儀器公司[3]。</p><p>　　在當今的信息化社會里，電子產品[11]不但在性能上不斷增強，而且更新換代的頻率也越來越快，造成這種現象的主要因素是生產制造技術和電子設計技術的發(fā)展。就目前的情況而言，電子設計技術的核心就是EDA技術，

44、EDA是以計算機為工作平臺，融合電子技術、計算機技術等方面最新成果而研制成的通用軟件。它主要能輔助集成電路設計和電子電路設計。Multisim10.0軟件[4]是一個優(yōu)秀的電子技術訓練工具，是能夠替代電子實驗室中多種傳統儀器的虛擬電子實驗室，具有靈活、成本低、高效率的特點。</p><p>　　Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具[5]，適用于板級的模擬/數字電路板

45、的電子電路設計。既包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，涵蓋多種分析儀表和儀器，又具有豐富的仿真分析能力。Multisim吸收了SPICE仿真的優(yōu)秀特性內容，這樣我們不需懂得深入的SPICE技術就能夠很快地進行捕獲、仿真和分析新的設計，由于這個優(yōu)點，使其更適合電子學教育。通過Multisim虛擬儀器仿真技術，設計工程師和電子學教育工作者方便完成從理論和原理圖捕獲與仿真再到實物設計和測試這樣一個完整的綜合設計流程，這樣可以

46、有效的簡化工作量，同時節(jié)約成本。</p><p>　　在電子設計領域，EDA（Electronic Design Automation）已經得到廣泛應用。目前，許多發(fā)達國家已經基本上不存在電子產品的手工設計。舉例說明：一臺電子產品的設計，從概念的確立，到包括電路原理、PCB版圖、外觀界面、熱穩(wěn)定分析、電磁兼容分析在內的物理級設計，再到PCB鉆孔圖、元器件清單、總裝配圖等生產所需資料等等全部在計算機上完成。EDA技

47、術借助計算機存儲量大、運行速度快的特點，可對設計方案進行人工難以完成的模擬評估、設計檢驗、設計優(yōu)化和數據處理等工作。EDA已經成為集成電路、印制電路板、電子整機系統設計的主要技術手段。學員可以很方便地把學到的理論知識用計算機仿真真實再現理論，也是一種具有很大空間的實驗工具。仿真實驗極大地調動了學員的學習熱情和積極性。還有計算機仿真與虛擬儀器如此方便快捷，對教員的教學也是一個很好的教輔工具。它主要使用在理論教學過程中，通過計算機仿真解決許

48、多實際的實驗環(huán)節(jié)。</p><p>　　2.2 軟件常用儀器儀表</p><p>　　1. 數字萬用表[13] [14] [15]</p><p>　　數字萬用表是電路測量中常用的儀表，可以用于測量電壓、電流和兩個節(jié)點間的電阻值。在使用過程中，可以自動調節(jié)量程。</p><p>　　單擊儀器儀表工具欄的數字萬用表圖標，移動光標到電路設計區(qū)，單

49、擊鼠標左鍵，在電路中放置數字萬用表。數字萬用表的符號和操作面板如圖2.1示。</p><p>　　圖2.1 數字萬用表的符號和操作面板</p><p>　　單擊數字萬用表操作面板的set按鈕，彈出[multimeter Setting]對話框，如圖2.2示?？梢孕薷臄底秩f用表的電氣參數和顯示參數。</p><p>　　圖2.2 multimeter Setting對

50、話框</p><p><b>　　2. 函數發(fā)生器</b></p><p>　　在實驗電路中，函數發(fā)生器作為一種信號源被廣泛使用。Multisim 的數字信號發(fā)生器可以提供正弦波、三角波、方波信號，并且信號參數都可以調整。</p><p>　　函數發(fā)生器的符號和操作面板如圖2.3示。</p><p>　　圖2.3 函數發(fā)

51、生器的符號和操作面板</p><p><b>　　3. 雙通道示波器</b></p><p>　　示波器是電子線路測量中使用最廣泛的儀器之一，可以用于實時顯示信號的波形、頻率、幅值等。</p><p>　　雙通道示波器可以同時顯示兩路信號隨時間變化的波形等參數，其電路符號和操作面板如圖2.4示。</p><p>　　圖2

52、.4 雙通道示波器電路符號和操作面板</p><p>　　正確設置示波器參數是使用示波器的必要條件，示波器設置包括以下主要內容：</p><p><b>　?。?）時基設置</b></p><p>　　時基設置主要是在操作面板的“Timebase”區(qū)內進行設置，如圖示。主要用于設置示波器在X軸上的時間尺度的。</p><p&

53、gt;　　Scale：用于設置X軸方向上每個刻度代表的時間。單擊Scale文本框，出現上翻/下翻頁按鈕，單擊按鈕，可以更改Scale設置。</p><p>　　X position :主要用于設置X軸上的時間起始位置。當設為“0”時，信號的起始點從顯示區(qū)的左側開始；如果設為正值，則信號的起始點向右移位；當設為負數時，信號的起始點向左方向移位。</p><p>　　Y/T:表示在Y軸顯示輸入

54、信號，在X軸顯示時間基線。</p><p>　　Add:在Y軸方向上顯示A通道和B通道兩個通道的信號和波形，X為時間基線。</p><p>　　B/A:表示將A通道的信號作為X軸掃描信號，將B通道信號施加在Y軸。</p><p>　　A/B: 表示將B通道的信號作為X軸掃描信號，將A通道信號施加在Y軸。</p><p>　?。?）A通道和B通

55、道設置</p><p><b>　?。?）觸發(fā)設置</b></p><p><b>　?。?）顯示和保存</b></p><p>　　單擊示波器操作面板上的Reverse 按鈕，可以對顯示屏背景進行反色操作。示波器顯示的數據，用戶可以 以文件的形式進行存儲，單擊Save按鈕，彈出【Save Scope Data】對話框，用

56、于設定文件路徑和文件名稱。</p><p><b>　　(5) 游標尺</b></p><p>　　舉例1練習示波器的使用，如圖2.5所示。</p><p>　　圖2.5 示波器顯示的放大電路波形</p><p><b>　　操作方法：</b></p><p>　　a、按照電

57、路圖設計電路進行仿真。</p><p>　　b、修改時基設置區(qū)的各個參數，觀察信號輸入波形的顯示。</p><p>　　c、修改通道A和B的參數，觀察輸入波形的顯示。</p><p>　　d、修改觸發(fā)方式，觀察信號輸入波形的顯示。</p><p>　　e、暫停仿真，移動光標T1和T2，從游標讀取區(qū)對選擇時刻點的輸入信號進行讀數。</p&

58、gt;<p><b>　　2.3軟件仿真實例</b></p><p><b>　　2.3.1瞬態(tài)分析</b></p><p>　　瞬態(tài)分析又稱為時域瞬態(tài)分析，作為時間的函數計算電路的響應。每一個輸入周期被分割成時間間隔，然后計算周期中的每一個時間點的直流分析。對于節(jié)點中的電壓波形，則由在一個完整時間周期上每個時間點的電壓來確定。&l

59、t;/p><p>　　舉例2：電路瞬態(tài)分析</p><p>　　練習如圖2.6的電路，對圖2.6中3點進行瞬態(tài)分析。</p><p>　　圖2.6 瞬態(tài)分析電路</p><p><b>　　操作方法：</b></p><p>　?、?按圖2.6所示，連接電路。</p><p>

60、　　⑵ 啟動瞬態(tài)分析菜單命令，瞬態(tài)分析參數的起始時間為0s，結束時間為0.0.2s。</p><p>　　⑶ 設置輸出變量為V3，對電路進行瞬態(tài)分析如圖2.7。</p><p>　?、?分析結果如圖2.8。</p><p>　　圖2.7 瞬態(tài)分析電路3點電壓波形</p><p>　　圖2.8瞬態(tài)分析結果</p><p&g

61、t;　　2.3.2直流工作點分析</p><p>　　直流工作點用于分析電路的直流工作點。在進行直流分析時，交流源被視為零輸出，固定狀態(tài)保持不變，電容被視為開路，電感被視為短路，電路中的數字器件將被視為高阻接地。另外，直流分析的結果常作為中間值用于其他分析。</p><p><b>　　⑴ 分析方法</b></p><p>　　通過一個實例，

62、介紹直流工作點分析的方法。</p><p>　　舉例3：單管放大電路圖如圖2.9所示，練習直流工作點分析的基本方法和步驟。</p><p><b>　　圖2.9 分析電路</b></p><p>　　分析：直流工作點分析時，交流源被視為零輸出，固定狀態(tài)保持不變，電容視為開路，電路簡化如圖2.10所示。</p><p>　

63、　圖2.10 簡化電路</p><p>　　此時圖中：V2=VCC*R4/(R3+R4)=4v</p><p>　?。郑濉郑碫－０.7V=3.3V</p><p>　　Ie=3.3V/2KΩ=1.65Ma</p><p>　　Ic≈Ie=1.65Ma</p><p>　　V5=VCC...R1*Ic=12V. 1.65

64、mA*2kΩ=8.7V</p><p><b>　?、?操作方法：</b></p><p>　　① 按圖2.10所示，連接電路。</p><p>　?、?執(zhí)行菜單【Simulate】→ 【Analysis】 →【DC Operating Point】命令，彈出 【DC Operating Point Analysis】對話框。由于不需要設置分

65、析參數，因此看不到【Analysis Parameters】選項卡。</p><p>　　③ 打開【Output】選項卡，如圖2.11所示。</p><p>　?、?在“Variables in circuit”列表中選擇V5，此時單擊add按鈕，可以看到“Select Variables for Analysis”列表中列出了“V5”指明需要對其網絡進行直流工作點分析。</p&g

66、t;<p>　?、?單擊【DC Operating Point Analysis】對話框中的“Simulate”按鈕，開始直流工作點分析。</p><p>　?、?分析結束，彈出圖示儀【Grapher View】窗口，如圖2.12示。</p><p>　?、?從圖示窗口中可以看出，網絡5處的直流工作點電壓為“ V”，從而可以得出結論：分析結果和計算的分析結果（8.7V）是一

67、致的，只是精度有差別。</p><p>　　圖2.11 【DC Operating Point Analysis】對話框</p><p>　　圖2.12【Grapher View】窗口</p><p>　　分析報錯:在直流工作點分析的過程中，有許多原因導致分析失敗。例如，借點初始電壓估算過高|、電路存在不穩(wěn)定或是雙穩(wěn)態(tài)、模型中有可能存在不連續(xù)模式或電路中包含不現實

68、的阻抗，這些都有可能導致分析發(fā)生錯誤。</p><p>　　2.4軟件仿真常遇到的問題及解決辦法</p><p>　　EWB在進行仿真或分析過程中，屏幕上可能顯示出錯誤信息，提示可能出錯的原因，尤其是瞬態(tài)分析時，仿真失敗的機會較多。在解決迭代失敗或是分析方法失敗問題時，首先弄清楚是那種分析方法失敗。直流工作點分析是所有分析方法中的首選分析方法。下面是直流工作點分析顯示出錯時的解決辦法：&l

69、t;/p><p>　?。?）檢查電路連接，要求做到：</p><p>　?、?電路連接正確，無懸空節(jié)點和多余不用的元器件。</p><p>　?、?不要將數字0和字母o混淆。</p><p>　?、?電路必須有接地點，在電路中的每一個節(jié)點對地要有直流通路，確保電路不被變壓器或電容分離，對地完全隔絕。</p><p>　

70、?、?電容和電流源不能串聯連接，電感和電壓源不能并聯連接。</p><p>　?、?所有元件和電源數值都合理。所有受控源的增益設置數值必須恰當、合適。</p><p>　?、?元器件模型和子電路選擇正確。</p><p>　?。?）在“Analysis Options”(分析任選項)的“DC”（直流工作點分析）卡中，將"ITL1"（迭代次數）數

71、值項設置為200～300。 </p><p>　　（3）在“Analysis Options”(分析任選項)的“Global”（直流工作點分析）卡中，將"RSHUNT"（模擬節(jié)點電流）數值擴大100倍。 </p><p>　?。?）在“Analysis Options”(分析任選項)的“Global”（直流工作點分析）卡中，將"GMIN"（最小電導）

72、數值擴大10倍。 </p><p>　　（5）在“Analysis Options”(分析任選項)的“Instruments”（直流工作點分析）卡中，將"Set to Zero"（初始條件為零）項進行分析。</p><p>　?。?）在瞬態(tài)分析過程中，若遇到“仿真不收斂”或“分析失敗”等現象時，解決的方法如下：</p><p>　　① 按照直

73、流工作點問題的方法檢查電路連接等問題。</p><p>　?、?在“Analysis Options”(分析任選項)的“Global”（總體分析）卡中，將"RELTOL"（相對誤差精度）數值改為0.01。 </p><p>　?、?在“Analysis Options”(分析任選項)的“Global”（瞬態(tài)分析）卡中，將"ITL4"（瞬態(tài)分析迭代次數

74、）數值改為100。增加迭代次數。</p><p>　?、?在電路節(jié)點電流精度允許的范圍內，在“Analysis Options”(分析任選項)的“Global”（總體分析）卡中"VNTOL"（電壓絕對精度）項的設置值。 </p><p>　?、?在“Analysis Options”(分析任選項)的“Transient”（瞬態(tài)分析）卡中，將"METHOD&q

75、uot;（數字積分方法）項的設置內容由“TRAPEZOIDAL”（梯形法）改為"GEAR"（變階積分）。“GEAR” 積分隨慢但穩(wěn)定。</p><p>　?、?使用正確的和實際的模型器件。</p><p>　　第3章 手機充電器的常用元件</p><p>　　3.1 LM324芯片</p><p>　　LM324系列器件[

76、9]為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。與單電源應用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流大致為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一（對每一個放大器而言）。共模輸入訪問包括負電源，因而消除了在許多應用場合中采用外偏置元件的必要性。輸出電壓范圍也包括負電源電壓。</p><p>　　1、工作特性：（1）短路保護輸出 </p>&

77、lt;p>　?。?）真差動輸入級　</p><p>　?。?）單電源工作：3.0伏至32伏 </p><p>　?。?）低輸入偏置電流：最大100納安（LM324A） </p><p>　　（5）每一封裝四個放大器 </p><p>　?。?）內部補償 </p><p>　?。?）共模范圍擴展

78、到負電源 </p><p>　?。?）行業(yè)標準引腳輸出 </p><p>　?。?）在輸入端的靜電放電鉗位增加可靠性而不影響器件的工作</p><p>　　2、芯片LM324典型原理圖3.1（1/4電路）</p><p>　　圖3.1 LM324芯片原理圖及管腳連接圖</p><p><b>　　

79、3.2基本元件</b></p><p>　　1．二極管主要包括普通二極管和發(fā)光二極管。</p><p>　　一般的二極管又稱晶體二極管,簡稱二極管(diode);它只往一個方向傳送電流的電子零件。它是一種具有1個零件號接合的2個端子的器件，具有按照外加電壓的方向，使電流流動或不流動的性質。晶體二極管為一個由p型半導體和n型半導體形成的p.n結，在其界面處兩側形成空間電荷層，并建

80、有自建電場。當不存在外加電壓時，由于p.n 結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。</p><p>　　二極管的單向導電特性，幾乎在所有的電子電路中，都要用到半導體二極管，它在許多的電路中起著重要的作用，它是誕生最早的半導體器件之一，其應用也非常廣泛。二極管的管壓降：硅二極管（不發(fā)光類型）正向管壓降0.7V， </p><p>　　鍺管正向管壓降為0

81、.3V, 發(fā)光二極管正向管壓降為隨不同發(fā)光顏色而不同。二極管的電壓與電流不是線性關系，所以在將不同的二極管并聯的時候要接相適應的電阻。</p><p>　　圖3.2 LED發(fā)光二極管 </p><p>　　LED是發(fā)光二極管( Light Emitting Diode, LED)的簡稱，如圖3.2所示，這種半導體組件一般是作為指示燈、顯示板，它不但能夠高效率地直接將電能轉化為光能

82、，而且擁有最長達數萬小時～10 萬小時的使用壽命，同時具備不若傳統燈泡易碎，并能省電等優(yōu)點?！　『喗椤　“l(fā)光二極管簡稱為LED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。它是半導體二極管的一種，可以把電能轉化成光能；常簡寫為LED。發(fā)光二極管與普通二極

83、管一樣是由一個PN結組成，也具有單向導電性。</p><p><b>　　2.電阻 </b></p><p>　　電阻（Resistance），物質對電流的阻礙作用就叫該物質的電阻。電阻小的物質稱為電導體，簡稱導體。電阻大的物質稱為電絕緣體，簡稱絕緣體。在物理學中，電阻用來表示導體對電流阻礙作用的大小。濾波器主要職能就是阻礙電流流過，應用于限流、分流、降壓、分壓、

84、負載與電容配合作及阻匹配等. </p><p><b>　　3.電容</b></p><p>　　電容（ Capacitance）指的是在給定電位差下的電荷儲藏量；記為C，國際單位是法拉（F）。一般來說，電荷在電場中會受力而移動，當導體之間有了介質，則阻礙了電荷移動而使得電荷累積在導體上；造成電荷的累積儲存，最常見的例子就是兩片平行金屬板,也是電容器的俗稱。我們把電容

85、器的兩極板間的電勢差增加1伏所需的電量，叫做電容器的電容。電容器從物理學上講，它是一種靜態(tài)電荷存儲介質，電容器的基本作用就是充電與放電，但由這種基本充放電作用所延伸出來的許多電路現象，使得電容器有著種種不同的用途，使得它的用途較廣，它是電子、電力領域中不可缺少的電子元件。主要用于電源濾波、信號濾波、信號耦合、諧振、隔直流等電路中。濾波電容是用在濾波電路中的電容器，在電源濾波和各種濾波器電路中使用這種電容電路，濾波電容將一定頻段內的信號從

86、總信號中去除。 </p><p><b>　　4.變壓器</b></p><p>　　變壓器的[10]功能主要有：電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）、自耦變壓器、高壓變壓器（干式和油浸式）等。變壓器常用的鐵芯形狀一般有E型和C型鐵芯，XED型，ED型CD型。變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當初級線圈中通有交流電流時，鐵芯（或磁芯）中便產生

87、交流磁通，使次級線圈中感應出電壓（或電流）。變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個或兩個以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級線圈，其余的繞組叫次級線圈變壓器有鐵芯和線圈組成。變壓器線圈的圈數比等于電壓比。例如一個變壓器的初級線圈是880圈。次級是88圈.在初級接入220V電壓.次級就會輸出22V的交流電壓。變壓器不僅可以降壓也可升壓.遠距離輸電一般都用變壓器升高電壓。 </p><p><b>　　

88、5.穩(wěn)壓管</b></p><p>　　穩(wěn)壓二極管(又叫齊納二極管)是一種硅材料制成的面接觸型晶體二極管，簡稱穩(wěn)壓管。此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導體器件。它是利用PN結的擊穿區(qū)具有穩(wěn)定電壓的特性來工作的。穩(wěn)壓二極管的特點就是擊穿后，其兩端的電壓基本保持不變。</p><p><b>　　與普通二極管相比：</b></p&g

89、t;<p>　　① 二極管一般在正向電壓下人作，穩(wěn)壓管則在反向擊穿條件下工作，二者用法不同；</p><p>　?、?普通二極管的反向擊穿電壓一般在40V以上，高的可達幾百伏至上千伏，而且在伏安特性反向擊穿的一段不陡，即反向擊穿電壓的范圍較大，動態(tài)電阻也比較大。對于穩(wěn)壓管，當反向電壓超過其工作電壓Vz（亦稱齊納電壓或穩(wěn)定電壓）時，反向電流將突然增大，而兩端的電壓基本保持恒定。對應的反向伏安特性曲線非

90、常陡，動態(tài)電阻很小。穩(wěn)壓管可用作穩(wěn)壓器、電壓基準、過壓保護、電平轉換器等。</p><p><b>　　6.整流橋</b></p><p>　　其內部主要是由四個二極管組成的橋路來實現把輸入的交流電壓轉化為輸出的直流電壓。在整流橋的每個工作周期內，同一時間只有兩個二極管進行工作，通過二極管的單向導通功能，把交流電轉換成單向的直流脈動電壓。整流橋作為一種功率元件，應用于

91、各種電源設備。整流橋分全橋和半橋。全橋是將連接好的橋式整流電路的四個二極管封在一起。半橋是將兩個二極管橋式整流的一半封在一起,用兩個半橋可組成一個橋式整流電路,一個半橋也可以組成變壓器帶中心抽頭的全波整流電路, 選擇整流橋要考慮整流電路和工作電壓。</p><p><b>　　7.三極管</b></p><p>　　半導體三極管[11]又稱“晶體三極管”或“晶體管”。

92、在半導體鍺或硅的單晶上制備兩個能相互影響的PN結，組成一個PNP（或NPN）結構。中間的N區(qū)（或N區(qū)）叫基區(qū)，兩邊的區(qū)域叫發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，這三部分各有一條電極引線，分別叫基極B、發(fā)射極E和集電極C，是能起放大、振蕩或開關等作用的半導體電子器件。</p><p>　　三極管工作狀態(tài)有三種，放大、飽和、截止，其中又以放大狀態(tài)最為復雜，主要用于小信號的放大領域，常用的三極管放大電路形式有：共發(fā)射極放大電路，共集電極放大

93、電路，共基極放大電路三種，其中共集電路用于電流放大（功率放大），共基電路用于高頻放大，共射電路用于低頻放大。 　　</p><p>　　三極管放大電路包含靜態(tài)參數和動態(tài)參數兩大類，靜態(tài)參數又稱靜態(tài)工作點，是保證三極管正常工作的基礎，意義是在輸入條件為零時，晶體管的基極電流Ib，集電極電流Ic，be極之間的電壓Ubc，管壓降Uceq。當有輸入信號時，晶體管呈現的輸入電阻Ri，輸出電阻Ro，電壓增益Au等參數被稱為動

94、態(tài)參數。另外還有一類參數被稱為放大電路頻率特性參數，主要包括放大電路的低頻端截止頻率，高頻端截止頻率，通頻帶，增益平坦度，幅（度）頻（率）特性曲線等。 　　</p><p>　　三極管基本機構是在一塊半導體基片上制作兩個相距很近的PN結，兩個PN結把正塊半導體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種， 從三個區(qū)引出相應的電極，分別為基極b發(fā)射極e和集電極c。發(fā)射區(qū)和基區(qū)之

95、間的PN結叫發(fā)射結，集電區(qū)和基區(qū)之間的PN結叫集電極。基區(qū)很薄，而發(fā)射區(qū)較厚，雜質濃度大，PNP型三極管發(fā)射區(qū)"發(fā)射"的是空穴，其移動方向與電流方向一致，故發(fā)射極箭頭向里；NPN型三極管發(fā)射區(qū)"發(fā)射"的是自由電子，其移動方向與電流方向相反，故發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭指向也是PN結在正向電壓下的導通方向。硅晶體三極管和鍺晶體三極管都有PNP型和NPN型兩種類型。 </p>

96、;<p>　　電流放大是晶體三極管的作用，其實質是三極管能以基極電流微小的變化量來控制集電極電流較大的變化量。這是三極管最基本的和最重要的特性。我們將ΔIc/ΔIb的比值稱為晶體三極管的電流放大倍數，用符號“β”表示。電流放大倍數對于某一只三極管來說是一個定值，但隨著三極管工作時基極電流的變化也會有一定的改變。根據三極管的作用我們分析它可以把微弱的電信號變成一定強度的信號，當然這種轉換仍然遵循能量守恒，它只是把電源的能量轉

97、換成信號的能量罷了。三極管有一個重要參數就是電流放大系數β。當三極管的基極上加一個微小的電流時，在集電極上可以得到一個是注入電流β倍的電流，即集電極電流。集電極電流隨基極電流的變化而變化，并且基極電流很小的變化可以引起集電極電流很大的變化，這就是三極管的放大作用。三極管的作用還有電子開關，配合其它元件還可以構成振蕩器，此外三極管還有穩(wěn)壓的作用。</p><p>　　第4章 手機充電器的設計</p>

98、<p>　　4.1手機充電器的設計要求 </p><p>　　目前生產的大部分手機充電器都具有以下特點: </p><p>　　① 自動、快速充電體積小、重量輕；</p><p>　?、?具備限流保護，電流短路與反充保護線路設計；</p><p>　?、?寬范圍AC輸入或多國電壓可選；</p><p>　?、?/p>

99、 充滿電后自動關斷等等。</p><p>　　另外，部分充電器還有自動識別鎳鎘電池組、鎳氫和鋰離子電池、具有放電功能、低噪聲、模擬微電腦控制系統LED充電狀態(tài)顯示等特點。</p><p>　　本次畢業(yè)設計需要具有鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池充電轉換開關，并具有放電、過充、過流保護功能，帶有充電和充電完成的指示燈。</p><p>　　4.2手機充電器工作流程</p&

100、gt;<p>　　手機充電器的工作流程[2]一般為:</p><p>　?、?檢測電池的電壓，如果低于一個閉值電壓，就要進行涓流充電（如圖 4.1)；</p><p>　?、?電池充到一定電壓(一般設置為2.9V)時，進行全電流充電；</p><p>　　③ 當電池電壓達到預置電壓(鋰離子電池一般為4.2V)時，開始恒壓充電如圖 4.2，同時充電電流降

101、低；</p><p>　?、?當電流逐漸減小到規(guī)定的值時，充電過程結束。而且，充電狀態(tài)識別可由主控器接口或與輸出的LED指示燈實現，含有自動重新充電、最小電流終止充電、低功耗休眠等特點。</p><p>　　圖 4.1 涓流充電 圖4.2 恒流，恒壓充電</p><p>　　一般情況來說，在恒壓充電結束后的小電流充電

102、過程，要求此時充電電流大小一般為恒流充電時電流的1/10。到現今為止，最新設計的鋰離子電池充電器，對手機充電結束后未知因素放電的情況，添加了檢測電路，若檢測到電池電壓降低，就會重新啟動充電過程。</p><p>　　綜上所述，隨著便攜式產品突飛猛進的發(fā)展，尤其是手機的普及，以及各類電池的廣泛推進，手機電池充電器的功能將得到不斷的完善。</p><p>　　4.3電路設計思路及流程</

103、p><p>　　該充電器電路主要由穩(wěn)壓電路、振蕩電路、充電電路、穩(wěn)壓保護電路等組成，該充電器具有鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池充電轉換開關，并具有放電功能。其輸入電壓AC220V、50Hz、40mA，輸出電壓DC4．2V、輸出電流在150mA～180mA。在充電之前，先接上待充電池，看充電器面板上的測試指示燈是否亮?若亮，表示極性正確，可以接通電源充電；否則，說明電池的極性和充電器輸出電壓的極性是相反的，這時需要按一下極性轉

104、換開關AN1(測試鍵)才行。</p><p>　　本設計[17] [18] [19]的模塊流程主要為：</p><p>　　220V交流電→變壓整流穩(wěn)壓電路和振蕩電路→充電轉換開關電路→集成運算放大電路→過充過流保護電路。</p><p>　　論文的設計思路將基于電路仿真軟件Multisim10.0進行仿真，首先對圖4.3的各模塊電路進行設計仿真，然后用相應元器件搭

105、出整體電路并進行調試，設計過程如下:</p><p><b>　　Y</b></p><p>　　圖4.3 手機充電器電路設計流程圖</p><p>　　4.4變壓整流穩(wěn)壓電路和振蕩電路</p><p>　　該充電器采用了RCC型開關電源，即振蕩抑制型變換器，它與PWM型開關電源有一定的區(qū)別。PWM型開關電源由獨立的取樣

106、誤差放大器和直流放大器組成脈寬調制系統，而RCC型開關電源只是由穩(wěn)壓器組成電平開關，控制過程為振蕩狀態(tài)和抑制狀態(tài)。由于PWM型開關電源中的開關管總是周期性的通斷，系統控制只是改變每個周期的脈沖寬度，而RCC型開關電源的控制過程并非線性連續(xù)變化，它只有兩個狀態(tài)：① 當開關電源輸出電壓超過額定值時，脈沖控制器輸出低電平，開關管截止；② 當開關電源輸出電壓低于額定值時，脈沖控制器輸出高電平，開關管導通。當負載電流減小時，濾波電容放電時間延長，

107、輸出電壓不會很快降低，開關管處于截止狀態(tài)，直到輸出電壓降低到額定值以下，開關管才會再次導通。開關管的截止時間取決于負載電流的大小。開關管的導通/截止由電平開關從輸出電壓取樣進行控制。因此這種電源也稱非周期性開關電源。</p><p>　　仿真電路如圖4.4所示，220V市電經VD1～VD4橋式整流后在V2的集電極上形成一個300V左右的直流電壓。由V2和開關變壓器組成間歇振蕩器。開機后，300V直流電壓經過變壓器

108、初級加到V2的集電極，同時該電壓還經啟動電阻R2為V2的基極提供一個偏置電壓。由于正反饋作用，V2 Ic 迅速上升而飽和，在V2進入截止期間，開關變壓器次級繞組產生的感應電壓使VD7導通，向負載輸出一個9Ｖ左右的直流電壓。開關變壓器的反饋繞組產生的感應脈沖經VD5整流、C1濾波后產生一個與振蕩脈沖個數呈正比的直流電壓。此電壓若超過穩(wěn)壓管VD17的穩(wěn)壓值，VD17便導通，此負極性整流電壓便加在Ｖ2的基極，使其迅速截止。V2的截止時間與其輸